KR102471482B1 - 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 도로교량 시설물을 무인점검하기 위한 도로교량 시설물의 무인점검 장치에 관한 것으로서, 상기 도로교량 시설물의 점검부위로 영상점검장비를 탑재한 상태로 이동 처리하기 위한 다관절 경량 점검이동장비; 상기 다관절 경량 점검이동장비에 탈장착하여 사용하도록 구비되고, 도로교량 시설물의 점검부위를 촬영하여 점검하는데 사용하기 위한 것으로서, 촬영데이터를 다관절 경량 점검이동장비로 무선 전송하기 위한 무선통신모듈을 갖는 영상점검장비; 상기 도로교량 시설물의 점검부위를 촬영하도록 점검카메라를 장착하고, GPS 비수신구역에서도 자율 운항이 가능하도록 위성항법보정시스템(DGNSS)이 탑재된 무인 비행체로서, 촬영데이터를 다관절 경량 점검이동장비로 무선 전송하기 위한 무선통신모듈을 갖는 건전성측정장비; 상기 다관절 경량 점검이동장비에 탑재하거나 또는 연결 접속하도록 구비되고, 상기 영상점검장비 및 건전성측정장비로부터 획득한 도로교량 시설물 측 점검부위에 대한 복수의 영상정보 및 측정데이터를 자동 분석하여 결함을 검출하고 균열과 백태를 비롯한 결함의 유형별 손상 정도를 자동 산정하기 위한 인공지능(AI) 기반의 분석프로그램을 갖는 결함검출엔진; 상기 영상점검장비와 건전성측정장비 및 결함검출엔진으로부터 점검데이터를 무선 전송받아 점검 상태 및 결과 정보를 해당 도로교량 시설물별로 저장 및 DB화하며, 점검데이터를 기반으로 해당 도로교량 시설물별 외관조사망도를 자동 작성하고 점검 결과에 따른 상태평가를 자동으로 산정하고 점검보고서를 자동 작성하기 위한 프로그램엔진을 갖는 점검결과 자동연계 플랫폼;을 포함하며, 상기 다관절 경량 점검이동장비는, 소형 경량의 이동차량; 상기 이동차량에 탑재되는 것으로서, 다단으로 이루어지되 관절부를 갖는 다굴절 구조 및 회전 가능하게 구비되는 붐대; 상기 붐대의 끝단에 결합되어 구비되고, 영상점검장비를 탑재하기 위한 어태치먼트모듈; 상기 붐대의 관절부에 각각 장착되고, 현재의 위치 탐지 및 위치 조정에 사용하기 위한 자동위치탐지센서; 상기 자동위치탐지센서로부터 전송되는 붐대 측 다굴절에 대한 탐지된 위치데이터를 기반으로 각각의 관절부를 원격 조정하여 점검위치를 셋팅하기 위한 원격조정기; 상기 영상점검장비와 건전성측정장비 및 결함검출엔진과의 무선 데이터통신은 물론 점검결과 자동연계 플랫폼과도 무선 데이터통신하기 위한 무선통신모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 도로교량 3종 구조물 등을 비롯한 교량 시설물의 안전점검 자동화를 위한 스마트 무인점검 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 교량 시설물의 안전점검에 따른 신뢰성을 확보할 수 있도록 하고 기존 점검장비에 대한 한계성을 극복할 수 있도록 하며 점검원의 탑승이 없어 추락 등의 사고를 미연에 방지할 수 있는 등 중대 산업재해의 위험을 예방할 수 있도록 한 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치에 관한 것이다.
2020년 기준 도로교량 27,823개소 중 제3종 시설물은 17,054개소로 61%를 차지하고 있으며, 2030년 이후에는 30년 이상의 교량이 55% 이상을 차지하게 되는데, 관리가 미흡하고 매우 취약한 상태에 있으며, 노후화에 따른 안전점검의 중요성이 대두되고 있다.
부연하여, 도로의 노선 중 중요시설물인 제1종 및 제2종 시설물의 손상뿐만 아니라 제3종 시설물의 손상시에도 도로의 이용이 불가능하여 교통 및 물류 등에 심각한 사회적 문제가 발생하고 있고, 특히 제3종 시설물에는 점검시설 등이 충분히 설치되어 있지 않아 인력을 활용한 점검시 불안전 요소가 많아 사고발생의 위험이 높은 형편에 있다.
또한, 도로교량에 있어 제3종 시설물에 대한 안전점검 수준에 따른 상태평가가 불합리한데, 제3종 시설물의 정기점검을 시행하는 초급기술자의 숙련도에 따른 상태평가가 점검시마다 상이할 수 있어 정확한 상태의 파악에 한계가 있고, 점검기술자의 노령화 및 미숙련도로 인한 점검수준의 저하가 우려되고 있으며, 해당 교량에 대한 생애주기동안의 상태평가 추이를 파악하는 것이 곤란하여 적정한 보수 보강 등 유지관리에 어려움이 발생하고 있다.
나아가, 중대산업재해 발생의 위험이 높은 실정에 있는데, 특히 제3종 시설물에는 점검시설이 미흡하여 불안전한 상태에서 점검업무를 수행하거나 고가의 점검차량을 사용할 경우 과다한 비용이 발생하고 용역 계약시 관련 비용이 미반영되는 경우 중대재해처별법에 따른 처벌 위험을 가지며, 점검원이 탑승하는 굴절차 등을 사용할 경우에는 경비의 과다 발생뿐만 아니라 산업재해 발생시 중대재해로 발전 및 그 위험이 증가할 우려가 있다.
이와 같은 문제점들을 기반으로 개선기술을 갖는 최신 점검기술들의 동향을 살펴보면 다음과 같다.
첫째, 드론 및 로봇을 활용하고 있으나, 이는 배터리 용량 등으로 인하여 운영시간이 제한되는 문제점, 외관조사 위주의 점검으로 추가적인 점검이 요구되는 문제점, 제3종 시설물 등 적용범위가 적은 경우 효율성이 저하되는 문제점이 발생되고 있다.
둘째, 와이어캠 및 레일캠 등을 활용하고 있으나, 이를 설치하기 위한 별도의 시설물 설치가 필요한 문제점, 교량의 조건에 따라 연속적인 운영이 불가능한 문제점, 외관조사 위주의 점검으로 추가적인 점검이 요구되는 문제점이 발생되고 있다.
이에, 현장 및 당해 산업분야에서는 앞서 기술한 종래의 문제점들을 해소하기 위한 다양한 노력들을 강구하고 있고, 중대산업재해 발생의 위험성을 낮추거나 예방하기 위한 무인점검기술에 관심을 두고 있으며, 이를 위한 연구개발에 몰두하고 있다.
한편, 교량 무인점검기술에 관한 종래 선행기술을 살펴보면, 국내등록특허 제10-1934490호에서는 "교량의 점검통로 난간에 설치되는 이동프레임과; 상기 이동프레임의 위치를 좌우로 안내하기 위해 점검통로 난간에 수평방향으로 설치되는 안내레일과; 상기 이동프레임에 연결되는 지지와이어와; 상기 지지와이어를 따라 이동이 이루어지되, 중앙에는 구동력 전달을 위한 구동휠이 구성된 듀얼 이동대차와; 상기 듀얼 이동대차에 고정 설치되어 주변 영상을 촬영하는 영상카메라와; 상기 영상카메라의 수평, 수직 방향 및 각도 조절을 위한 짐벌 프레임과; 상기 듀얼 이동대차의 이동 및 영상카메라의 제어를 컨트롤하되, 신호 증폭을 위한 신호 증폭기가 구비된 컨트롤러와; 상기 영상카메라에서 촬영된 영상 신호를 수신하는 영상수신기와; 상기 영상수신기를 통해 수신된 영상이 디스플레이 되는 모니터;를 포함하는 교량 무인점검장치"를 개시하고 있다.
그리고, 국내공개특허 제10-2004-0019143호에서는 "교량의 하부를 촬영하여 영상신호를 송출하는 촬상기구와, 상기 촬상기구의 영상신호를 입력받아 디스플레이하는 모니터링기구와, 상기 촬상기구의 영상신호를 입력받아 저장하는 데이타저장수단 및, 교량의 저면과의 거리를 측정하는 초음파센서, 촬상기구의 초점거리를 조절하는 액츄에이터, 상기 촬상기구를 교량의 하부로 이동시키는 이송수단을 포함하는 교량의 무인점검장치"를 개시하고 있다.
하지만, 이하에서 제안하는 본 발명에서의 도로교량 시설물의 무인점검기술과는 기술적 차이가 있다.
본 발명은 상기의 종래 문제점들을 개선 및 이를 감안하여 안출된 것으로서, 점검기술자의 수준에 따른 시설물의 상태의 불균형을 해소하여 건전성을 확보하고 안전점검의 자동화를 통해 시설물의 일관된 유지관리 및 상태를 유지하는 등 시설물의 안전점검에 따른 신뢰성을 확보할 수 있도록 하며 점검원의 탑승이 없어 추락 등의 사고를 미연에 방지할 수 있도록 한 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 특정 점검항목만을 시행하는 기존 점검에서 복합된 점검장비를 통한 효율성을 향상시키고, 특히 3종 시설물의 경우 자동화를 통한 지속적이고 향상된 안전점검을 수행 가능하게 하는 등 기존 점검장비 및 점검효율성에 대한 한계성을 극복할 수 있도록 한 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 스마트 무인 점검을 통해 점검기술자의 산업재해 위험을 예방하고 대형장비를 활용한 점검시 교통 차단에 따른 시민 불편 및 차단 인력의 재해를 예방하는 등 중대 산업재해의 위험을 예방할 수 있도록 한 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치는, 도로교량 시설물을 무인점검하기 위한 시스템으로서, 상기 도로교량 시설물의 점검부위로 영상점검장비를 탑재한 상태로 이동 처리하기 위한 다관절 경량 점검이동장비; 상기 다관절 경량 점검이동장비에 탈장착하여 사용하도록 구비되고, 도로교량 시설물의 점검부위를 촬영하여 점검하는데 사용하기 위한 것으로서, 촬영데이터를 다관절 경량 점검이동장비로 무선 전송하기 위한 무선통신모듈을 갖는 영상점검장비; 상기 도로교량 시설물의 점검부위를 촬영하도록 점검카메라를 장착하고, GPS 비수신구역에서도 자율 운항이 가능하도록 위성항법보정시스템(DGNSS)이 탑재된 무인 비행체로서, 촬영데이터를 다관절 경량 점검이동장비로 무선 전송하기 위한 무선통신모듈을 갖는 건전성측정장비; 상기 다관절 경량 점검이동장비에 탑재하거나 또는 연결 접속하도록 구비되고, 상기 영상점검장비 및 건전성측정장비로부터 획득한 도로교량 시설물 측 점검부위에 대한 복수의 영상정보 및 측정데이터를 자동 분석하여 결함을 검출하고 균열과 백태를 비롯한 결함의 유형별 손상 정도를 자동 산정하기 위한 인공지능(AI) 기반의 분석프로그램을 갖는 결함검출엔진; 상기 영상점검장비와 건전성측정장비 및 결함검출엔진으로부터 점검데이터를 무선 전송받아 점검 상태 및 결과 정보를 해당 도로교량 시설물별로 저장 및 DB화하며, 점검데이터를 기반으로 해당 도로교량 시설물별 외관조사망도를 자동 작성하고 점검 결과에 따른 상태평가를 자동으로 산정하고 점검보고서를 자동 작성하기 위한 프로그램엔진을 갖는 점검결과 자동연계 플랫폼;을 포함하며, 상기 다관절 경량 점검이동장비는, 소형 경량의 이동차량; 상기 이동차량에 탑재되는 것으로서, 다단으로 이루어지되 관절부를 갖는 다굴절 구조 및 회전 가능하게 구비되는 붐대; 상기 붐대의 끝단에 결합되어 구비되고, 영상점검장비를 탑재하기 위한 어태치먼트모듈; 상기 붐대의 관절부에 각각 장착되고, 현재의 위치 탐지 및 위치 조정에 사용하기 위한 자동위치탐지센서; 상기 자동위치탐지센서로부터 전송되는 붐대 측 다굴절에 대한 탐지된 위치데이터를 기반으로 각각의 관절부를 원격 조정하여 점검위치를 셋팅하기 위한 원격조정기; 상기 영상점검장비와 건전성측정장비 및 결함검출엔진과의 무선 데이터통신은 물론 점검결과 자동연계 플랫폼과도 무선 데이터통신하기 위한 무선통신모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 상기 붐대는, 티타늄에 의한 경량 소재로 구비 및 3단 이상의 다굴절 구조로 이루어지고, 각 관절부는 점검부위의 사각지역 해소를 위해 270° 이상의 회전이 가능하도록 구비되며; 상기 자동위치탐지센서는, 인공위성을 이용하여 위치와 고도 및 속도 측정까지 가능하게 하는 GNSS(Global Navigation Satellite System) 모듈인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 상기 영상점검장비는, 도로교량 시설물 측 표면의 균열 상태를 정밀 검측하기 위한 뉴로모픽(Neuromorphic) 프로세서 기반의 비전카메라 또는 초분광 스펙트럼 정보를 통해 도로교량 시설물 측 백태 여부를 탐지 및 면적을 검출하기 위한 가시근적외광(VNIR; Visible and Near Infrs-Red) 기반 초분광카메라이고; 상기 건전성측정장비의 점검카메라는, 레이저가 갖는 직진성 및 비발산성을 이용하여 도로교량 시설물 측 표면의 균열상태를 정밀 검측 및 정밀한 열원 조작이 가능한 레이저 기반 열화상카메라인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 상기 영상점검장비와 건전성측정장비의 점검카메라 중 적어도 하나 이상은, 도로교량 시설물의 점검부위에 대해 원거리에서도 정밀 촬영이 가능하도록 망원렌즈를 장착하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 상기 원격조정기는, 상기 자동위치탐지센서로부터 전송되는 붐대 측 각 관절부에 대한 탐지된 위치데이터를 해당 관절부별로 표시하여주는 위치데이터 표시부; 상기 도로교량 시설물의 점검부위에 대한 방향과 높이 및 각도의 위치 정보를 입력하기 위한 위치정보입력부; 상기 도로교량 시설물의 점검부위에 대한 방향과 높이 및 각도의 위치 정보를 입력시 붐대의 각 관절부에 장착된 자동위치탐지센서에서의 탐지된 위치데이터를 기반으로 각각의 관절부를 자동으로 원격 조정하여 붐대의 점검위치를 자동 셋팅하기 위한 자동원격조정부; 상기 붐대의 관절부를 수동으로 원격 조정하여 붐대의 점검위치를 수동 셋팅하기 위한 수동원격조정부; 상기 자동원격조정부 또는 수동원격조정부의 사용을 선택하기 위한 자동 또는 수동 조정선택부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 상기 영상점검장비를 대체하여 측정점검장비를 다관절 경량 점검이동장비의 어태치먼트모듈에 탑재 가능하되, 상기 측정점검장비는 디지털 타입의 균열폭 측정기, 반발경도 측정기, 초음파 측정기, 철근 부식도 측정기, 염분 측정기 중에서 선택된 적어도 1종 이상이며, 상기 측정점검장비로부터 측정된 측정데이터는 다관절 경량 점검이동장비의 무선통신모듈을 통해 데이터 수집하여 결함검출엔진 및 점검결과 자동연계 플랫폼으로 전송되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 상기 결함검출엔진은, XAI(Explainable AI; 설명 가능한 인공지능) 기반 결함검출 알고리즘을 이용하되, 상기 도로교량 시설물에 대한 결함의 유형별 딥러닝 학습이미지를 갖는 딥러닝 학습이미지 모듈; 상기 영상점검장비 및 건전성측정장비로부터 획득한 도로교량 시설물 측 점검부위에 대한 복수의 영상정보로부터 결함의 유형별 딥러닝 학습이미지를 기반으로 결함을 탐색하고 결함의 유형별로 이미지를 특정하는 결함탐색 이미지모듈; 상기 결함탐색 이미지모듈에 의해 특정된 결함의 유형별 이미지에 대해 노이즈를 제거한 후 히트 맵 이미지로 매핑 처리하는 히트맵 이미지모듈; 상기 결함탐색 이미지모듈에 의해 특정된 결함의 유형별 이미지에 대해 결함의 유형별로 분류하는 결함상태 분류모듈; 상기 결함상태 분류모듈에 의해 분류된 유형별 결함에 대해 폭이나 면적을 비롯한 물리적 측정치로 결함발생범위를 산출해내는 결함발생범위 산출모듈; 상기 도로교량 시설물에 대한 결함의 유형별 판단 기준 및 의사결정 사유를 인공지능 스스로 텍스트로 설명하여 표시하는 결함검출 설명모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 점검기술자의 수준에 따른 시설물의 상태의 불균형을 해소하여 건전성을 확보할 수 있고 안전점검의 자동화를 통해 시설물의 일관된 유지관리 및 상태를 유지하는 등 시설물의 안전점검에 따른 신뢰성을 확보할 수 있으며, 점검원의 탑승이 없어 추락 등의 사고를 미연에 방지할 수 있는 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 특정 점검항목만을 시행하는 기존 점검에서 복합된 점검장비를 통한 효율성을 향상시킬 수 있고, 특히 3종 시설물의 경우 자동화를 통한 지속적이고 향상된 안전점검을 수행 가능하게 하는 등 기존 점검장비 및 점검효율성에 대한 한계성을 극복할 수 있는 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 스마트 무인 점검을 통해 점검기술자의 산업재해 위험을 예방하고 대형장비를 활용한 점검시 교통 차단에 따른 시민 불편 및 차단 인력의 재해를 예방하는 등 중대 산업재해의 위험을 예방할 수 있는 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치를 나타낸 개략적 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치에 있어 다관절 경량 점검이동장비와 영상점검장비를 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치에 있어 다관절 경량 점검이동장비의 원격조정기를 나타낸 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치에 있어 점검결과 자동연계 플랫폼을 나타낸 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치에 있어 점검결과 자동연계 플랫폼에서 가능한 작성 예시를 나타낸 일 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치에 있어 영상점검장비 및/또는 건전성측정장비를 통해 획득한 이미지를 나타낸 일 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치에 있어 영상점검장비 및/또는 건전성측정장비를 통해 획득한 이미지로부터 실제 결함만을 검출한 이미지를 나타낸 일 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치에 있어 실제 결함만을 검출한 이미지로부터 히트 맵 처리하여 매핑한 이미지를 나타낸 일 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치에 있어 다관절 경량 점검이동장비와 영상점검장비를 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치에 있어 다관절 경량 점검이동장비의 원격조정기를 나타낸 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치에 있어 점검결과 자동연계 플랫폼을 나타낸 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치에 있어 점검결과 자동연계 플랫폼에서 가능한 작성 예시를 나타낸 일 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치에 있어 영상점검장비 및/또는 건전성측정장비를 통해 획득한 이미지를 나타낸 일 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치에 있어 영상점검장비 및/또는 건전성측정장비를 통해 획득한 이미지로부터 실제 결함만을 검출한 이미지를 나타낸 일 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치에 있어 실제 결함만을 검출한 이미지로부터 히트 맵 처리하여 매핑한 이미지를 나타낸 일 예시도이다.
본 발명에 대해 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명 및 도면을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치를 설명하기 위해 나타낸 도면들이다.
본 발명의 실시예에 따른 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치는 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 다관절 경량 점검이동장비(100), 영상점검장비(200), 건전성측정장비(300), 결함검출엔진(400), 점검결과 자동연계 플랫폼(500)을 포함하는 구성으로 이루어진다.
상기 다관절 경량 점검이동장비(100)는 점검대상인 도로교량 시설물의 점검부위로 영상점검장비(200)를 탑재한 상태로 이동 처리하기 위한 구성이다.
상기 다관절 경량 점검이동장비(100)는 소형 경량의 이동차량(110)과, 상기 이동차량에 탑재되는 것으로서 다단으로 이루어지되 관절부를 갖는 다굴절 구조 및 회전 가능하게 구비되는 붐대(120)와, 상기 붐대(120)의 끝단에 결합되어 구비되고 영상점검장비(200)를 탑재하기 위한 어태치먼트모듈(130)과, 상기 붐대(120)의 관절부에 각각 장착되고 현재의 위치 탐지 및 위치 조정에 사용하기 위한 자동위치탐지센서(140)와, 상기 자동위치탐지센서(140)로부터 전송되는 붐대(120) 측 다굴절에 대한 탐지된 위치데이터를 기반으로 각각의 관절부를 원격 조정하여 점검위치를 셋팅하기 위한 원격조정기(150)와, 상기 영상점검장비(200)와 건전성측정장비(300) 및 결함검출엔진(400)과의 무선 데이터통신은 물론 점검결과 자동연계 플랫폼(500)과도 무선으로 데이터통신하기 위한 무선통신모듈(160)을 포함한다.
상기 소형 경량의 이동차량(110)은 지면에 안정적으로 이동차량을 고정 및 지지하기 위한 지면고정장치를 포함한다.
상기 붐대(120)는 티타늄 등에 의한 경량 소재로 구비하고, 3단 이상의 다굴절 구조로 이루어지게 한다.
상기 붐대(120)는 로봇형 다관절 구조를 가지며, 각 관절부는 점검부위의 사각지역 해소를 위해 270° 이상의 회전이 가능하도록 구비함이 바람직하다.
상기 어태치먼트모듈(130)은 영상점검장비(200) 등을 비롯하여 각종 점검장비를 안정적으로 탑재 및 고정 설치 가능하도록 구비되며, 다양한 구조로 제작될 수 있다.
상기 자동위치탐지센서(140)는 인공위성을 이용하여 위치와 고도 및 속도 측정까지 가능하게 하는 GNSS(Global Navigation Satellite System) 모듈로 구성함으로써 위치 조정에 따른 정밀성 및 신속성을 높일 수 있도록 한다.
상기 원격조정기(150)는 상기 자동위치탐지센서(140)로부터 전송되는 붐대(120) 측 각 관절부에 대한 탐지된 위치데이터를 해당 관절부별로 표시하여주는 위치데이터 표시부(151)와, 상기 도로교량 시설물의 점검부위에 대한 방향과 높이 및 각도의 위치 정보를 입력하기 위한 위치정보 입력부(152)와, 상기 도로교량 시설물의 점검부위에 대한 방향과 높이 및 각도의 위치 정보를 입력시 붐대(120)의 각 관절부에 장착된 자동위치탐지센서(140)에서의 탐지된 위치데이터를 기반으로 각각의 관절부를 자동으로 원격 조정하여 붐대(120)의 점검위치를 자동 셋팅하기 위한 원격조정프로그램을 갖는 자동원격조정부(153)와, 상기 붐대(120)의 관절부를 수동으로 원격 조정하여 붐대(120)의 점검위치를 수동 셋팅하기 위한 수동원격조정부(154)와, 상기 자동원격조정부(153) 또는 수동원격조정부(154)의 사용을 선택하기 위한 자동 또는 수동 조정선택부(155), 및 원격 조정에 따른 전체적인 제어기능을 수행하기 위한 MCU부(156)를 포함한다.
상기 영상점검장비(200)는 상기 다관절 경량 점검이동장비(100)에 탈장착하여 사용하도록 구비되고, 도로교량 시설물의 점검부위를 촬영하여 점검하는데 사용하기 위한 것으로서, 촬영데이터를 다관절 경량 점검이동장비(100)로 무선 전송하기 위한 무선통신모듈을 포함하는 구성이다.
상기 영상점검장비(200)는 도로교량 시설물 측 표면의 균열 상태를 정밀 검측하기 위한 뉴로모픽(Neuromorphic) 프로세서 기반의 비전카메라 또는 초분광 스펙트럼 정보를 통해 도로교량 시설물 측 백태 여부를 탐지 및 면적을 검출하기 위한 가시근적외광(VNIR; Visible and Near Infrs-Red) 기반 초분광카메라로 구성할 수 있다.
상기 영상점검장비(200)는 뉴로모픽(Neuromorphic) 프로세서 기반의 비전카메라와 가시근적외광(VNIR; Visible and Near Infrs-Red) 기반 초분광카메라를 모두 탑재하는 구성일 수도 있다.
상기 건전성측정장비(300)는 상기 도로교량 시설물의 점검부위를 촬영하도록 점검카메라를 장착하고, GPS 비수신구역에서도 자율 운항이 가능하도록 위성항법보정시스템(DGNSS)이 탑재된 무인 비행체로서, 촬영데이터를 다관절 경량 점검이동장비(100)로 무선 전송하기 위한 무선통신모듈을 포함하는 구성이다.
상기 건전성측정장비(300)는 점검카메라에 있어, 레이저가 갖는 직진성 및 비발산성을 이용하여 도로교량 시설물 측 표면의 균열상태를 정밀 검측 및 정밀한 열원 조작이 가능하도록 하기 위해 레이저 기반 열화상카메라로 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 영상점검장비(200)와 건전성측정장비(300)의 점검카메라 중 적어도 하나 이상은 도로교량 시설물의 점검부위에 대해 원거리에서도 정밀 촬영이 가능하도록 망원렌즈를 장착하는 구성을 갖게 할 수 있는데, 또한 망원렌즈의 활용을 통해서는 도로교량 시설물의 근접 배치에 따라 발생할 수 있는 접촉 등에 의한 충격이나 파손으로부터 점검장비를 보호할 수 있다.
도 6은 본 발명의 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 시스템에 있어 영상점검장비 및/또는 건전성측정장비를 통해 획득한 이미지 및 측정데이터를 나타낸 일 예시도로서, 콘크리트 측 백태 결함을 촬영한 이미지를 보여주는 것이다.
상기 결함검출엔진(400)은 상기 다관절 경량 점검이동장비(100)에 탑재하거나 또는 연결 접속하도록 구비되고, 상기 영상점검장비(200) 및 건전성측정장비(300)로부터 획득한 도로교량 시설물 측 점검부위에 대한 복수의 영상정보 및 측정데이터를 자동 분석하여 결함을 검출하고 균열과 백태를 비롯한 결함의 유형별 손상 정도를 자동 산정하기 위한 인공지능(AI) 기반의 분석프로그램을 포함하는 구성이다.
상기 결함검출엔진(400)은 XAI(Explainable AI; 설명 가능한 인공지능) 기반 결함검출 알고리즘을 이용하는 구성일 수 있다.
이를 위해, 상기 결함검출엔진(400)은 상기 도로교량 시설물에 대한 결함의 유형별 딥러닝 학습이미지를 갖는 딥러닝 학습이미지 모듈(410)과, 상기 영상점검장비(200) 및 건전성측정장비(300)로부터 획득한 도로교량 시설물 측 점검부위에 대한 복수의 영상정보로부터 결함의 유형별 딥러닝 학습이미지를 기반으로 결함을 탐색하고 결함의 유형별로 이미지를 특정하는 결함탐색 이미지모듈(420)과, 상기 결함탐색 이미지모듈(420)에 의해 특정된 결함의 유형별 이미지에 대해 노이즈를 제거한 후 히트 맵 이미지로 매핑 처리하는 히트맵 이미지모듈(430)과, 상기 결함탐색 이미지모듈(420)에 의해 특정된 결함의 유형별 이미지에 대해 결함의 유형별로 분류하는 결함상태 분류모듈(440)과, 상기 결함상태 분류모듈(440)에 의해 분류된 유형별 결함에 대해 폭이나 면적을 비롯한 물리적 측정치로 결함발생범위를 산출해내는 결함발생범위 산출모듈(450)과, 상기 도로교량 시설물에 대한 결함의 유형별 판단 기준 및 의사결정 사유를 인공지능 스스로 텍스트로 설명하여 표시하는 결함검출 설명모듈(460)을 포함한다.
여기에서, 상기 결함검출엔진(400)에 있어 상술한 구성에 의한 XAI(Explainable AI; 설명 가능한 인공지능) 기반 결함검출 알고리즘을 이용함으로써 의사결정의 과정과 결과를 근거 제시를 통해 설명 및 나타내므로 단순 결과만을 제시하는 AI방식에 비해 도로교량 시설물의 균열이나 백태 등 각종 결함의 검출에 따른 신뢰성과 투명성을 확보할 수 있다.
도 7은 본 발명의 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 시스템에 있어 영상점검장비 및/또는 건전성측정장비를 통해 획득한 이미지로부터 실제 결함만을 검출한 이미지를 나타낸 일 예시도로서, 결함탐색 이미지모듈을 통해 도 6의 이미지로부터 백태의 결함만을 검출해낸 이미지를 보여주는 것이다.
그리고, 도 8은 본 발명의 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 시스템에 있어 도 7에서 보여주는 실제 결함만을 검출한 이미지로부터 히트 맵 처리에 의한 매핑 이미지를 보여주는 것이다.
이에 대하여, 결함검출 설명모듈(460)에서는 히트 맵 처리에 의한 매핑 이미지에 대해 실제 결함을 백태로 판단하고 의사결정한 사유를 텍스트로 설명하여 표출한다.
상기 점검결과 자동연계 플랫폼(500)은 상기 영상점검장비(200)와 건전성측정장비(300) 및 결함검출엔진(400)으로부터 점검데이터를 무선 전송받아 점검 상태 및 결과 정보를 해당 도로교량 시설물별로 저장 및 DB화하며, 점검데이터를 기반으로 해당 도로교량 시설물별 외관조사망도를 자동 작성하고 점검 결과에 따른 상태평가를 자동으로 산정하고 점검보고서를 자동 작성하기 위한 프로그램엔진을 포함하는 구성이다.
상기 점검결과 자동연계 플랫폼(500)은 스마트폰이나 노트북 또는 PC 등을 통해 웹(wep) 또는 앱(app) 기반으로 언제 어디서나 인터페이스가 가능한 가상의 공간으로서, 일 예로서 클라우드 기반으로 구축될 수 있다.
상기 점검결과 자동연계 플랫폼(500)은 상기 영상점검장비(200)와 건전성측정장비(300) 및 결함검출엔진(400)으로부터 점검데이터를 무선 수신 및 데이터통신하기 위한 무선통신모듈부(510)와, 상기 영상점검장비(200)와 건전성측정장비(300) 및 결함검출엔진(400)으로부터 점검데이터를 전송받아 점검 상태 및 결과 정보를 해당 도로교량 시설물별로 저장 및 DB화하기 위한 데이터베이스부(520)와, 상기 영상점검장비(200)와 건전성측정장비(300) 및 결함검출엔진(400)으로부터 전송받은 점검데이터를 기반으로 해당 도로교량 시설물별 외관조사망도를 자동 작성하기 위한 외관조사망도 작성엔진부(530)와, 상기 해당 도로교량 시설물의 점검 결과에 따른 상태평가를 자동으로 산정하기 위한 상태평가 산정엔진부(540)와, 상기 해당 도로교량 시설물에 대한 최종 점검보고서를 자동 작성하기 위한 점검보고서 작성엔진부(550), 및 상기 영상점검장비(200)와 건전성측정장비(300) 및 결함검출엔진(400)으로부터 무선 송신되는 점검데이터를 각각의 데이터별로 분산 처리하여 데이터베이스부(520)에 저장하도록 지원함으로써 원활하면서도 신속한 데이터 처리를 가능하게 하는 분산처리엔진부(560)를 포함한다.
상기 점검결과 자동연계 플랫폼(500)은 상기 다관절 경량 점검이동장비(100)를 통해 도로교량 시설물의 각종 점검데이터를 수신 및 통합 관리할 수 있다.
즉, 상기 점검결과 자동연계 플랫폼(500)은 운영자 또는 인터페이스를 통해 접속된 고객에게 외관조사망도와 상태평가 및 점검보고서를 웹이나 앱 상에서 디스플레이하여 표시할 수 있고, 자료를 출력토록 지원할 수 있으며, 가상의 공간상에서 통합 관리 및 모니터링하기 위한 구성이다.
상기 점검결과 자동연계 플랫폼(500)은 해당 도로교량 시설물별로 저장 및 DB화 처리하는 데이터베이스부(520)를 활용하여 빅데이터를 생성 및 이렇게 생성한 빅데이터를 시설물의 무인점검에 사용할 수 있다 할 것이다.
상기 점검결과 자동연계 플랫폼(500)에서는 점검보고서의 작성과 더불어 빅데이터를 활용하여 보수보강과 비용산출 등 자산관리에 사용할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 시스템에 있어 점검결과 자동연계 플랫폼(500)에서 가능한 작성 예시를 나타낸 일 예시도로서, 외관조사망도 작성엔진부(530)를 통해 작성된 외관조사망도의 작성 예시를 보여주고 있고, 상태평가 산정엔진부(540)를 통해 표출한 상태평가 산정 예시를 보여주고 있으며, 점검보고서 작성엔진부(550)를 통해 작성된 점검보고서의 작성 예시를 보여주고 있다.
한편, 본 발명에서는 상기 영상점검장비(200)를 대체하여 측정점검장비(600)를 다관절 경량 점검이동장비(100)의 어태치먼트모듈에 탑재하는 구성을 갖게 할 수도 있으며, 도로교량 시설물의 건전성 상태를 측정하는 측정데이터를 수집하여 시설물 점검에 사용토록 구성할 수도 있다.
이때, 상기 측정점검장비(600)는 균열폭 측정기, 반발경도 측정기, 초음파 측정기, 철근 부식도 측정기, 염분 측정기 중에서 선택된 적어도 1종 이상일 수 있으며, 디지털 타입이 바람직하다.
여기에서, 상기 측정점검장비(600)로부터 측정된 측정데이터는 다관절 경량 점검이동장비(100)의 무선통신모듈을 통해 데이터 수집하여 결함검출엔진(400) 및 점검결과 자동연계 플랫폼(500)으로 전송되게 구성할 수 있다.
이와 같은 상술한 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 시스템을 통해서는 점검기술자의 수준에 따른 시설물의 상태의 불균형을 해소하여 건전성을 확보하고 안전점검의 자동화를 통해 시설물의 일관된 유지관리 및 상태를 유지하는 등 시설물의 안전점검에 따른 신뢰성을 확보할 수 있으며, 특정 점검항목만을 시행하는 기존 점검에서 복합된 점검장비를 통한 효율성을 향상시킬 수 있고, 특히 3종 시설물의 경우 자동화를 통한 지속적이고 향상된 안전점검을 수행 가능하게 하는 등 기존 점검장비 및 점검효율성에 대한 한계성을 극복할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것이고, 명세서에 게시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정과 변형 또는 단계의 치환 등이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되고, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술적 사항도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 다관절 경량 점검이동장비
200: 영상점검장비
300: 건전성측정장비
400: 결함검출엔진
500: 점검결과 자동연계 플랫폼
200: 영상점검장비
300: 건전성측정장비
400: 결함검출엔진
500: 점검결과 자동연계 플랫폼
Claims (7)
- 도로교량 시설물을 무인점검하기 위한 도로교량 시설물의 무인점검 장치에 있어서,
상기 도로교량 시설물의 점검부위로 영상점검장비를 탑재한 상태로 이동 처리하기 위한 다관절 경량 점검이동장비;
상기 다관절 경량 점검이동장비에 탈장착하여 사용하도록 구비되고, 도로교량 시설물의 점검부위를 촬영하여 점검하는데 사용하기 위한 것으로서, 촬영데이터를 다관절 경량 점검이동장비로 무선 전송하기 위한 무선통신모듈을 갖는 영상점검장비;
상기 도로교량 시설물의 점검부위를 촬영하도록 점검카메라를 장착하고, GPS 비수신구역에서도 자율 운항이 가능하도록 위성항법보정시스템(DGNSS)이 탑재된 무인 비행체로서, 촬영데이터를 다관절 경량 점검이동장비로 무선 전송하기 위한 무선통신모듈을 갖는 건전성측정장비;
상기 다관절 경량 점검이동장비에 탑재하거나 또는 연결 접속하도록 구비되고, 상기 영상점검장비 및 건전성측정장비로부터 획득한 도로교량 시설물 측 점검부위에 대한 복수의 영상정보 및 측정데이터를 자동 분석하여 결함을 검출하고 균열과 백태를 비롯한 결함의 유형별 손상 정도를 자동 산정하기 위한 인공지능(AI) 기반의 분석프로그램을 갖는 결함검출엔진;
상기 영상점검장비와 건전성측정장비 및 결함검출엔진으로부터 점검데이터를 무선 전송받아 점검 상태 및 결과 정보를 해당 도로교량 시설물별로 저장 및 DB화하며, 점검데이터를 기반으로 해당 도로교량 시설물별 외관조사망도를 자동 작성하고 점검 결과에 따른 상태평가를 자동으로 산정하고 점검보고서를 자동 작성하기 위한 프로그램엔진을 갖는 점검결과 자동연계 플랫폼; 을 포함하며,
상기 다관절 경량 점검이동장비는, 소형 경량의 이동차량; 상기 이동차량에 탑재되는 것으로서, 다단으로 이루어지되 관절부를 갖는 다굴절 구조 및 회전 가능하게 구비되는 붐대; 상기 붐대의 끝단에 결합되어 구비되고, 영상점검장비를 탑재하기 위한 어태치먼트모듈; 상기 붐대의 관절부에 각각 장착되고, 현재의 위치 탐지 및 위치 조정에 사용하기 위한 자동위치탐지센서; 상기 자동위치탐지센서로부터 전송되는 붐대 측 다굴절에 대한 탐지된 위치데이터를 기반으로 각각의 관절부를 원격 조정하여 점검위치를 셋팅하기 위한 원격조정기; 상기 영상점검장비와 건전성측정장비 및 결함검출엔진과의 무선 데이터통신은 물론 점검결과 자동연계 플랫폼과도 무선 데이터통신하기 위한 무선통신모듈; 을 포함하고,
상기 영상점검장비는, 도로교량 시설물 측 표면의 균열 상태를 정밀 검측하기 위한 뉴로모픽(Neuromorphic) 프로세서 기반의 비전카메라 또는 초분광 스펙트럼 정보를 통해 도로교량 시설물 측 백태 여부를 탐지 및 면적을 검출하기 위한 가시근적외광(VNIR; Visible and Near Infrs-Red) 기반 초분광카메라이고;
상기 건전성측정장비의 점검카메라는, 레이저가 갖는 직진성 및 비발산성을 이용하여 도로교량 시설물 측 표면의 균열상태를 정밀 검측 및 정밀한 열원 조작이 가능한 레이저 기반 열화상카메라이며;
상기 영상점검장비와 건전성측정장비의 점검카메라 중 적어도 하나 이상은, 도로교량 시설물의 점검부위에 대해 원거리에서도 정밀 촬영이 가능하도록 망원렌즈를 장착하는 것을 특징으로 하는 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 붐대는,
티타늄에 의한 경량 소재로 구비 및 3단 이상의 다굴절 구조로 이루어지고, 각 관절부는 점검부위의 사각지역 해소를 위해 270° 이상의 회전이 가능하도록 구비되며;
상기 자동위치탐지센서는,
인공위성을 이용하여 위치와 고도 및 속도 측정까지 가능하게 하는 GNSS(Global Navigation Satellite System) 모듈인 것을 특징으로 하는 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 원격조정기는,
상기 자동위치탐지센서로부터 전송되는 붐대 측 각 관절부에 대한 탐지된 위치데이터를 해당 관절부별로 표시하여주는 위치데이터 표시부;
상기 도로교량 시설물의 점검부위에 대한 방향과 높이 및 각도의 위치 정보를 입력하기 위한 위치정보입력부;
상기 도로교량 시설물의 점검부위에 대한 방향과 높이 및 각도의 위치 정보를 입력시 붐대의 각 관절부에 장착된 자동위치탐지센서에서의 탐지된 위치데이터를 기반으로 각각의 관절부를 자동으로 원격 조정하여 붐대의 점검위치를 자동 셋팅하기 위한 자동원격조정부;
상기 붐대의 관절부를 수동으로 원격 조정하여 붐대의 점검위치를 수동 셋팅하기 위한 수동원격조정부;
상기 자동원격조정부 또는 수동원격조정부의 사용을 선택하기 위한 자동 또는 수동 조정선택부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 영상점검장비를 대체하여 측정점검장비를 다관절 경량 점검이동장비의 어태치먼트모듈에 탑재 가능하되,
상기 측정점검장비는 디지털 타입의 균열폭 측정기, 반발경도 측정기, 초음파 측정기, 철근 부식도 측정기, 염분 측정기 중에서 선택된 적어도 1종 이상이며,
상기 측정점검장비로부터 측정된 측정데이터는 다관절 경량 점검이동장비의 무선통신모듈을 통해 데이터 수집하여 결함검출엔진 및 점검결과 자동연계 플랫폼으로 전송되는 것을 특징으로 하는 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 결함검출엔진은,
XAI(Explainable AI; 설명 가능한 인공지능) 기반 결함검출 알고리즘을 이용하되,
상기 도로교량 시설물에 대한 결함의 유형별 딥러닝 학습이미지를 갖는 딥러닝 학습이미지 모듈;
상기 영상점검장비 및 건전성측정장비로부터 획득한 도로교량 시설물 측 점검부위에 대한 복수의 영상정보로부터 결함의 유형별 딥러닝 학습이미지를 기반으로 결함을 탐색하고 결함의 유형별로 이미지를 특정하는 결함탐색 이미지모듈;
상기 결함탐색 이미지모듈에 의해 특정된 결함의 유형별 이미지에 대해 노이즈를 제거한 후 히트 맵 이미지로 매핑 처리하는 히트맵 이미지모듈;
상기 결함탐색 이미지모듈에 의해 특정된 결함의 유형별 이미지에 대해 결함의 유형별로 분류하는 결함상태 분류모듈;
상기 결함상태 분류모듈에 의해 분류된 유형별 결함에 대해 폭이나 면적을 비롯한 물리적 측정치로 결함발생범위를 산출해내는 결함발생범위 산출모듈;
상기 도로교량 시설물에 대한 결함의 유형별 판단 기준 및 의사결정 사유를 인공지능 스스로 텍스트로 설명하여 표시하는 결함검출 설명모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 도로교량 시설물의 스마트 무인점검 장치.
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2022
- 2022-08-18 KR KR1020220103631A patent/KR102471482B1/ko active IP Right Grant
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